一、 C−N键构建
C−N键构建一直是有机合成化学及制药等产业中极其重要的研究方向。尽管多年来人们发展了多种C-N键构建方法，但是发展全新的C-N键构建方法仍然是非常令人期待的，同时也极具挑战性。基于开发新试剂、发现新反应的研究思路，以亲核胺化为研究的切入点，实现在温和条件下产生相对稳定的氮中心自由基，通过活性和选择性的调控，发展新的胺化反应类型：1）利用亲核胺化策略，实现酰胺基团导向的芳烃邻、对及苄位C-H键的高选择性胺化反应以及简单炔烃的胺硫/硒化反应，实现水相中烯丙基C-H键的直接胺化反应；2）提出“温和条件下产生金属配位氮自由基”的策略，发展基于氮中心自由基的不饱和双键的胺氰化、二胺化、胺氟化、胺氧化、氧化胺化以及炔烃的自由基胺芳化反应和胺化多官能团化串联反应；发展无导向基团协助的各种甲苯衍生物苄位C-H键直接胺化反应，率先实现苄位C-H键胺化反应伯碳大于仲碳的选择性；实现酮羰基α位C-H键及无导向基芳烃芳环C-H键与N-H键的直接自由基胺化反应；3）基于C-N键构建新方法所利用的高效催化体系合成多种重要的含氮杂环。
二、 不对称还原偶联反应
过渡金属催化的偶联反应在近几十年来取得了极大的成就（例如2010年的诺贝尔化学奖），但是仍存在巨大的机遇。例如：常用的金属试剂或类金属试剂存在制备过程繁琐、对水和溶剂敏感以及官能团受限等问题，限制了其在合成中的运用。因此，我们寻求利用简单易得的原料作为潜在的金属试剂的替代试剂，在过渡金属催化条件下实现与各种亲电试剂的不对称偶联反应（即还原偶联反应）。与传统预先制备的金属有机试剂参与的偶联反应相比，该策略具有优良的原子及步骤经济性，我们期待能发现更多不同反应特性。
三、 张力体系化学
1.环丙烷合成
环丙烷是许多天然产物和药物分子中常见的结构单元，其传统合成方法往往步骤冗长、效率低下。从易得的然而高活性的环丙烯出发，利用过渡金属作为工具实现一系列官能团化环丙烷的合成是快速构建结构复杂的环丙烷结构的高效方法。
2.卡宾化学
环丙烯在过渡金属的存在下可以重排成烯基金属卡宾。涉及卡宾中间体的转化为一些重要的结构骨架，如烯丙基衍生物提供了立体选择性的转化方法。
3.张力促进的新型反应性能研究
环丙烯中巨大的烯张力(27 kcal/mol)和总张力（54 kcal/mol）为许多常规体系较难进行的化学提供了有利的条件。从张力释放作为工具发现新型反应模式，并受其启发将其推广到合适的非张力体系是发现新型转化反应的一个重要手段，为理解反应机理和控制反应的热力学因素提供更多机理认识。
4.生物正交化学
张力释放促进的环加成反应作为生物正交的点击化学工具之一，在蛋白质修饰和分子探针领域具有独特的地位。课题组拟利用合成优势和专业背景，探索新型的化学生物学技术手段，扩展在相关应用领域的直接应用价值。